(57)【要約】【課題】付着生物や漂流物などによる故障がなく、それらに対するメンテナンスも容易であり、容易に大型化することができ、海流や潮流などの流水を利用して、効率良く発電することができる流水発電装置および流水発電方法を提供する。【解決手段】浮体１１を流水上に浮かべたとき浮体１１がローリング運動するよう、浮体１１の底部に受水板１３が設けられている。回転体１４が、浮体１１に回転可能に設けられ、浮体１１のローリング運動により回転方向に付勢されるよう構成されている。回転体１４は、浮体１１のローリング運動の回転中心線から離れた位置に、その回転中心線に対して平行を成すよう設けられた回転軸１４ａを有し、回転軸１４ａを中心として回転するよう設けられている。発電機１７が、回転体１４の回転により駆動して発電を行うよう構成されている。【選択図】図２
2013068212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮体と、
前記浮体を流水上に浮かべたとき前記浮体がローリング運動するよう、前記浮体の底部に設けられた受水板と、
前記浮体に回転可能に設けられ、前記浮体のローリング運動により回転方向に付勢されるよう構成された回転体と、
前記回転体の回転により駆動して発電を行う発電機とを
有することを特徴とする流水発電装置。
【請求項２】
前記回転体は、前記浮体のローリング運動の回転中心線から離れた位置に、その回転中心線に対して平行を成すよう設けられた回転軸を有し、前記回転軸を中心として回転するよう設けられていることを特徴とする請求項１記載の流水発電装置。
【請求項３】
前記浮体を流水上に止めるアンカーを有し、
前記浮体は船から成り、
前記流水は海流または潮流の流水であることを
特徴とする請求項１または２記載の流水発電装置。
【請求項４】
前記発電機は前記浮体のローリング運動と前記回転体の回転とを同期させるよう、回転数を調整可能であることを特徴とする請求項１、２または３記載の流水発電装置。
【請求項５】
前記浮体に設けられ、前記浮体のローリング運動の回転中心線に対して平行な軸材を有し、前記軸材を中心として前記浮体のローリング運動により回転可能に構成された枠体と、
前記軸材に取り付けられ、前記枠体の回転を前記浮体のローリング運動の方向には開放し、その逆方向には固定するよう構成されたツーウェイクラッチとを有し、
前記回転体は、前記軸材を中心として回転する前記枠体の回転中心から離れた位置に設けられ、
前記発電機は、前記軸材に取り付けられ、前記枠体を介して前記回転体の回転により駆動して発電を行うよう構成されていることを
特徴とする請求項１、２または３記載の流水発電装置。
【請求項６】
底部に受水板が設けられた浮体を流水上に浮かべてローリング運動させ、そのローリング運動により前記浮体に設けられた回転体を回転方向に付勢するよう、前記回転体を回転させ、前記回転体の回転により発電機を駆動して発電を行うことを特徴とする流水発電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海流や潮流などの流水を利用した流水発電装置および流水発電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の海流や潮流などを利用して発電するものとして、潮流により水車等を回転させて、その回転から電力を取り出す潮流発電装置がある（例えば、特許文献１または２参照）。また、海洋で発電するものとして、海に浮かんだ船や浮遊体の揺れにより振り子を振動させ、その振り子の運動により発電機を駆動させて発電を行う発電装置や発電方法がある（例えば、特許文献３乃至５参照）。
【０００３】
なお、図８に示すように、本発明者により、回転部材の回転を利用して、回転体の回転エネルギーを回収して発電する回転体用発電装置が開発されている（例えば、特許文献６参照）。この回転体用発電装置は、回転体と共に回転可能に設けられた枠体と、中心軸周りに回転するよう、回転体の回転軸に対して垂直方向の伸びて枠体に設けられた軸材と、軸材の両端に、軸材を中心として互いに１８０度ずれて回転するよう設けられた１対の回転部材と、各回転部材の回転により、軸材の両端が加速されて獲得したエネルギーを、枠材の回転として回収して発電する発電機とを有し、各回転部材を軸材周りに回転させたとき、各回転部材の軸材周りの回転による運動方向が回転体の回転による運動方向と一致して各回転部材が加速されるとき、枠体と回転体との固定を解除し、各回転部材の軸材周りの回転による運動方向が回転体の回転による運動方向と逆になるとき、枠体と回転体とを固定することにより発電可能に構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１８０８７３号公報
【特許文献２】特開２０１０−３１７９３号公報
【特許文献３】特開２００９−１９５０９６号公報
【特許文献４】特開昭５４−２５３４３号公報
【特許文献５】特開昭６２−１８２４８０号公報
【特許文献６】特許第４２６９０２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１および２に記載の潮流発電装置では、水車等が海中に配置されるため、貝などの付着生物や漂流物などにより故障することが多く、それらに対するメンテナンスも困難であるという課題があった。また、実用的な発電を行うためには、水車等を大きくする必要があるが、水車等の大型化は非常に困難であるという課題もあった。
【０００６】
特許文献３乃至５に記載の発電装置や発電方法では、振り子を利用しているため、その振り子の固有振動数からずれた振動数の揺れに対しては、振り子がほとんど揺れない。海の波による揺れには、様々な振動数のものが含まれているため、その一部しか利用できず、発電効率が悪いという課題があった。また、波がないときには揺れないため、発電することができないという課題もあった。
【０００７】
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、付着生物や漂流物などによる故障がなく、それらに対するメンテナンスも容易であり、容易に大型化することができ、海流や潮流などの流水を利用して、効率良く発電することができる流水発電装置および流水発電方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る流水発電装置は、浮体と、前記浮体を流水上に浮かべたとき前記浮体がローリング運動するよう、前記浮体の底部に設けられた受水板と、前記浮体に回転可能に設けられ、前記浮体のローリング運動により回転方向に付勢されるよう構成された回転体と、前記回転体の回転により駆動して発電を行う発電機とを有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る流水発電方法は、底部に受水板が設けられた浮体を流水上に浮かべてローリング運動させ、そのローリング運動により前記浮体に設けられた回転体を回転方向に付勢するよう、前記回転体を回転させ、前記回転体の回転により発電機を駆動して発電を行うことを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る流水発電装置および流水発電方法は、浮体の底部に設けられた受水板により、浮体を流水上に浮かべたとき、浮体をローリング運動させることができる。また、流水の流速がほぼ一定であれば、ローリング運動の周期をほぼ一定に保つことができる。受水板は、ルアーフィッシングで用いられるミノーのリップのように、流水で浮体をローリング運動させることができるものから成っていることが好ましい。受水板は、浮体を効果的にローリング運動させることができれば、浮体底部のどこに設けられていてもよい。受水板は、浮体の底部に下向き傾斜になるよう、または浮体の前後方向に垂直になるよう設けられていることが好ましい。受水板は、浮体の底部に、鉛直方向の中心軸を中心として回転させて任意の角度で固定可能に設けられていてもよい。また、受水板は、下向き傾斜の角度を調節できるよう、浮体の底部に、浮体の前後方向に垂直かつ鉛直方向に垂直な中心軸を中心として回転させて任意の角度で固定可能に設けられていてもよい。
【００１１】
本発明に係る流水発電装置および流水発電方法は、浮体に設けられた回転体を回転させると、浮体のローリング運動により回転体を回転方向に付勢することができ、回転体を回転させ続けることができる。これは、例えば、以下のような原理によって可能となる。まず、回転体が、浮体のローリング運動の回転中心線から離れた位置に、その回転中心線に対して平行を成すよう設けられた回転軸を有し、その回転軸を中心として回転するよう設けられているものとする。
【００１２】
このとき、図１（ａ）に示すように、回転体に遠心力が働いているとき、ローリング運動により、回転軸が遠心力とは反対の方向に引っ張られると、回転体が回転方向に付勢され、加速する。回転体がローリング運動による揺れの方向まで回転すると、回転体は失速するが、図１（ｂ）に示すように、ローリング運動の方向が逆向きに変わると、再び回転軸が遠心力とは反対の方向に引っ張られ、回転体が再度回転方向に付勢され、加速する。これを繰り返すことにより、回転体は自然とローリング運動の周期と同期して回転を続けるようになる。なお、このローリング運動による回転体への付勢は、パラメータ励振の一種と考えることができる。
【００１３】
本発明に係る流水発電装置および流水発電方法は、回転を続ける回転体により発電機を駆動して、発電を行うことができる。なお、図１に示す原理に基づいた発電の他にも、例えば、図８に示す回転体用発電装置を利用することにより、発電を行うこともできる。このように、本発明に係る流水発電装置および流水発電方法は、流水を利用してローリング運動を発生させて、効率良く発電することができる。
【００１４】
本発明に係る流水発電装置および流水発電方法は、浮体の底部と受水板のみが流水に接するため、海洋で使用したときでも、付着生物や漂流物はそれらの部分にのみ影響を及ぼし、回転体などの作動部分には影響を与えない。このため、付着生物や漂流物などによる故障がなく、それらに対するメンテナンスも容易である。浮体に受水板を取り付ける構造であるため、容易に大型化することができ、発電能力を比較的容易に高めることができる。
【００１５】
なお、発電機は、発電を行うことにより回転体の回転にブレーキをかけるため、回転体の回転を止めることなく、ローリング運動の周期を考慮して、回転体が図１に示す失速位置に留まる時間が最小になるよう構成されていることが好ましい。また、発電機は、そのブレーキ力（負荷トルク）が、ローリング運動のトルクの強さと同程度であることが好ましい。本発明に係る流水発電装置は、回転体の回転数より高い回転数で発電機を駆動させるよう、回転体と発電機との間に変速機が設けられていてもよい。
【００１６】
本発明に係る流水発電装置は、前記浮体を流水上に止めるアンカーを有し、前記浮体は船から成り、前記流水は海流または潮流の流水であることが好ましい。この場合、黒潮などの流速が一定の海流または潮流の中に、アンカーで浮体を止めて、継続的かつ安定的に発電を行うことができる。流水の流速がほぼ一定であるため、ローリング運動の周期をほぼ一定に保つことができ、最適な発電機を使用して発電効率を高めることができる。また、常に安定した電力を確保することができる。浮体が船から成るため、古い船などを再利用することができる。また、発電場所まで自力で航行することができる。大型の船などを利用することにより、容易に大型化して発電能力を高めることができる。
【００１７】
本発明に係る流水発電装置で、前記発電機は前記浮体のローリング運動と前記回転体の回転とを同期させるよう、回転数を調整可能であってもよい。この場合、発電機の回転数を調整して、負荷トルクを調整することができる。これにより、ローリング運動の周期が変化したときでも、発電機の回転数を調整して、回転体を回転させ続けることができる。
【００１８】
本発明に係る流水発電装置は、前記浮体に設けられ、前記浮体のローリング運動の回転中心線に対して平行な軸材を有し、前記軸材を中心として前記浮体のローリング運動により回転可能に構成された枠材と、前記軸材に取り付けられ、前記枠材の回転を前記浮体のローリング運動の方向には開放し、その逆方向には固定するよう構成されたツーウェイクラッチとを有し、各回転体は、前記枠材の前記軸材から離れた位置に設けられ、前記発電機は、前記軸材に取り付けられ、前記枠材を介して各回転体の回転により駆動して発電を行うよう構成されていてもよい。この場合にも、効率良く発電を行うことができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、付着生物や漂流物などによる故障がなく、それらに対するメンテナンスも容易であり、容易に大型化することができ、海流や潮流などの流水を利用して、効率良く発電することができる流水発電装置および流水発電方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る流水発電装置および流水発電方法の、ローリング運動により回転体を回転させる原理を示す説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の流水発電装置の（ａ）使用状態を示す側面図、（ｂ）浮体の内部構成を示す概略斜視図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態の流水発電装置の、浮体の内部構成を示す概略平面図である。
【図４】図３に示す流水発電装置の、浮体の内部構成を示す（ａ）概略側面図、（ｂ）概略背面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態の流水発電装置の（ａ）浮体の内部の発電部分を示す正面図、（ｂ）平面図である。
【図６】図５に示す流水発電装置の、回転体の回転状態を示す正面図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態の流水発電装置の（ａ）概略断面斜視図、（ｂ）概略平面図である。
【図８】従来の回転体用発電装置を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
図２は、本発明の第１の実施の形態の流水発電装置を示している。
図２に示すように、流水発電装置１０は、海流を利用して発電するよう構成されており、浮体１１とアンカー１２と受水板１３と１対の回転体１４と変速機１５とモーター１６と発電機１７とを有している。
【００２２】
図２（ａ）に示すように、浮体１１は、船から成っている。アンカー１２は、浮体１１の船に備え付けられている。浮体１１は、アンカー１２を海底に沈めることにより、海流の中で海上に止められるよう構成されている。受水板１３は、浮体１１の底部の後方に設けられている。受水板１３は、平板状で、浮体１１の中心軸を中心として左右対称の形状となっている。受水板１３は、浮体１１の後方に向かって下向き傾斜になるよう、または浮体の前後方向に垂直になるよう設けられている。受水板１３は、浮体１１を海流に沿って海上に浮かべたとき、ルアーフィッシングで用いられるミノーのリップのように、海流で浮体１１の後方にカルマン渦を発生させ、浮体１１がローリング運動するよう構成されている。受水板１３は、浮体１１の底部に、鉛直方向の中心軸を中心として回転させて任意の角度で固定可能に設けられていてもよい。また、受水板１３は、下向き傾斜の角度を調節できるよう、浮体１１の底部に、浮体１１の前後方向に伸びる中心軸に垂直かつ鉛直方向に垂直な中心軸を中心として回転させて任意の角度で固定可能に設けられていてもよい。
【００２３】
図２（ｂ）に示すように、各回転体１４は、矩形板状で、一つの辺に沿って回転軸１４ａを有している。各回転体１４は、浮体１１の内部に、回転軸１４ａを中心として回転するよう設けられている。各回転体１４は、浮体１１の中心軸からそれぞれ左右両側に離れた位置に、回転軸１４ａが浮体１１の中心軸に対して平行を成すよう配置されている。これにより、各回転体１４は、浮体１１のローリング運動の方向に沿って回転するようになっている。
【００２４】
変速機１５は、軸材１５ａと小径平歯車１５ｂと１対の大径平歯車１５ｃとを有している。軸材１５ａは、浮体１１の中心軸に沿って設けられている。小径平歯車１５ｂは、中心に軸材１５ａが貫通されて、軸材１５ａを中心として軸材１５ａと共に回転可能に設けられている。各大径平歯車１５ｃは、小径平歯車１５ｂより径が大きく、中心にそれぞれ各回転体１４の回転軸１４ａが貫通されて、各回転軸１４ａを中心として各回転体１４と共に回転可能に設けられている。各大径平歯車１５ｃは、それぞれ左右から小径平歯車１５ｂに噛み合って回転するよう設けられている。これにより、変速機１５は、各回転体１４の回転に伴って、各回転体１４よりも高い回転数で軸材１５ａが回転するようになっている。
【００２５】
モーター１６は、軸材１５ａの一端に、軸材１５ａをその中心軸周りに回転させるよう設けられている。発電機１７は、そのブレーキ力（負荷トルク）がローリング運動のトルクの強さと同程度で、回転子に電磁石を用いたものから成っている。発電機１７は、電磁石の電流の強弱により磁界の強度を変化させて回転数を調整し、負荷トルクを調整可能になっている。発電機１７は、軸材１５ａの他端に、軸材１５ａの回転により駆動して発電するよう設けられている。これにより、発電機１７は、軸材１５ａを介して回転体１４の回転により駆動して発電を行うようになっている。発電機１７は、モーター１６に電力を供給可能に構成されている。
【００２６】
本発明の第１の実施の形態の流水発電方法は、流水発電装置１０により好適に実施される。本発明の第１の実施の形態の流水発電方法では、まず、図２（ａ）に示すように、アンカー１２により浮体１１を海流の中で海上に止める。このとき、受水板１３により、浮体１１をローリング運動させることができる。また、海流の流速がほぼ一定であれば、ローリング運動の周期をほぼ一定に保つことができる。
【００２７】
次に、モーター１６により、各回転体１４を回転させる。このとき、図１に示す原理で、浮体１１のローリング運動により各回転体１４を回転方向に付勢することができ、各回転体１４を自然とローリング運動の周期と同期して回転させ続けることができる。この回転を続ける各回転体１４により発電機１７を駆動することにより、発電を行うことができる。このとき、発電機１７でエネルギーを取り出すことにより、各回転体１４の回転にブレーキをかけるため、常に、各回転体１４の回転がローリング運動の周期をあまり上回らず、また各回転体１４の回転が停止しないよう、発電機１７の回転数を調整する。これにより、浮体１１のローリング運動と各回転体１４の回転とを同期させて、モーター１６を使用することなく、各回転体１４を回転させ続けることができる。
【００２８】
ローリング運動の周期が変化した場合には、モーター１６で、または発電機１７の回転数を調整して、各回転体１４の回転速度を変化させ、ローリング運動と各回転体１４の回転とを同期させる。このとき、モーター１６の電力は、発電機１７で発電した電力の一部でまかなうことができる。こうして、各回転体１４を回転させ続けることができ、継続して発電を行うことができる。
【００２９】
このように、本発明の第１の実施の形態の流水発電装置１０および流水発電方法は、海流を利用してローリング運動を発生させて、効率良く発電することができる。これは、浮体１１のローリング運動が持つエネルギーを回収して発電を行うものである。また、最初に各回転体１４をモーター１６で回転させるだけで、モーター１６で使用した以上の電力を得ることができる。発電機１７で発電した電力のうち、モーター１６に供給した電力を除いた残りの電力を、外部への供給用の電力として使用することができる。
【００３０】
本発明の第１の実施の形態の流水発電装置１０および流水発電方法は、浮体１１の底部と受水板１３のみが海流に接するため、付着生物や漂流物はそれらの部分にのみ影響を及ぼし、回転体１４などの作動部分には影響を与えない。このため、付着生物や漂流物などによる故障がなく、それらに対するメンテナンスも容易である。浮体１１に受水板１３を取り付ける構造であるため、容易に大型化することができ、発電能力を比較的容易に高めることができる。
【００３１】
変速機１５により、各回転体１４の回転数より高い回転数で発電機１７を駆動させることができ、効率的である。また、黒潮などの流速がほぼ一定の海流を利用することにより、継続的かつ安定的に発電を行うことができる。海流の流速がほぼ一定であるため、ローリング運動の周期をほぼ一定に保つことができ、最適な発電機１７を使用して発電効率を高めることができる。また、常に安定した電力を確保することができる。浮体１１として古い船を再利用することができる。また、発電場所まで自力で航行することができる。大型の船などを利用することにより、容易に大型化して発電能力を高めることができる。
【００３２】
なお、黒潮が流れる海域のうち、伊豆諸島沖の海域には、水深５００ｍ程度の海底が広がっているため、ここにアンカー１２で浮体１１を止めることができる。例えば、この海域に流水発電装置１０を多数設置することにより、まとまった大きなエネルギーを継続的かつ安定的に得ることができる。発電機１７により得られた電力は、アンカー１２のケーブルおよび海底に沿って敷設された海底ケーブルを利用して、陸まで送電することができる。
【００３３】
運転中は、浮体１１を無人にし、運転状況を無線や海底ケーブルで基地まで送信して監視することができる。異常時や定期点検時には、作業者がゆっくりローリング運動する浮体１１に乗り移って作業を行うことができる。乗り移るときや点検時にローリング運動を止める必要がある場合には、アンカー１２の位置を変えたり、浮体１１を遠隔操作したりして、一旦浮体１１を海流に対して横向きにすることにより、ローリング運動を止めることができる。
【００３４】
本発明の第１の実施の形態の流水発電装置１０および流水発電方法による発電量は、次のようにして想定することができる。
まず、海流の持つ単位時間あたりの運動エネルギーをＰとすると、
Ｐ＝ｍＶ２／２＝ρＡＶ３／２
である。ここで、ρは海水の密度（ｋｇ／ｍ３）、Ａは海流の断面積（ｍ２）、Ｖは海流の流速（ｍ／ｓｅｃ）である。
【００３５】
次に、流水発電装置１０のエネルギー変換効率をＣとすると、出力Ｗは、
Ｗ＝Ｐ・Ｃ＝ρＡＶ３Ｃ／２
となる。
ここで、海水の密度ρを１０２０ｋｇ／ｍ３、黒潮の平均流速Ｖを１．４ｍ／ｓｅｃ、変換効率Ｃを３０％とすると、一辺５０ｍ（Ａ＝２５００ｍ２）の正方形状の受水板１３を有する流水発電装置１０の出力Ｗは、約１０５０ｋＷとなる。
【００３６】
図３および図４は、本発明の第２の実施の形態の流水発電装置を示している。
図３および図４に示すように、流水発電装置２０は、海流を利用して発電するよう構成されており、浮体１１とアンカー１２と受水板１３と枠体２１と軸材２２と１対の回転体１４と発電機１７とモーター１６とツーウェイクラッチ２３とコントローラ２４とを有している。
なお、以下の説明では、本発明の第１の実施の形態の流水発電装置１０と同一の構成には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【００３７】
流水発電装置２０は、図８（特許文献６）に示す回転体用発電装置を利用したものであり、浮体１１のローリング運動を、特許文献６の回転体の回転に対応させて発電するよう構成されている。ただし、浮体１１のローリング運動は回転ではなく往復運動であるため、ツーウェイクラッチ２３を利用して、一方側への揺れと他方側への揺れとで枠体２１が回転可能な方向を切り換えることにより、それぞれの揺れを回転とみなして発電するよう構成されている。
【００３８】
枠体２１は、浮体１１の中心軸に沿った前後の支持軸２１ａ、２１ｂを中心として回転するよう、各支持軸２１ａで浮体１１の隔壁に設けられている。軸材２２は、その中心軸周りに回転するよう枠体２１の内側に設けられている。軸材２２は、枠体２１の回転に伴って、浮体１１の中心軸に対して垂直な面内で回転するよう設けられている。各回転体１４は、それぞれ軸材２２の両端に設けられ、軸材２２の中心軸周りの回転により軸材２２と共に回転可能になっている。各回転体１４は、軸材２２に対して互いに反対側に取り付けられている。
【００３９】
発電機１７は、枠体２１の一方の支持軸２１ａの回転により作動して発電するよう構成されている。モーター１６は、軸材２２をその中心軸周りに回転させるよう、枠体２１に設けられている。モーター１６は、一方の支持軸２１ａを通したケーブル２５により発電機１７と接続され、発電機１７から電力を供給可能になっている。ツーウェイクラッチ２３は、一方の支持軸２１ａに取り付けられ、浮体１１のローリング運動の方向を、コントローラ２４に内蔵された角速度センサーで感知して、枠体２１の回転方向を制御するよう構成されている。ツーウェイクラッチ２３は、枠体２１の回転を、浮体１１のローリング運動の方向には開放し、その逆方向には固定するようになっている。
【００４０】
流水発電装置２０は、図８（特許文献６）に示す回転体用発電装置の発電原理に従って発電を行うことができる。すなわち、モーター１６により軸材２２を回転させて、各回転体１４を回転させると、各回転体１４が浮体１１のローリング運動の方向と逆の位置にあるときには、遠心力に逆らって各回転体１４の回転中心線が移動（回転）するため、各回転体１４が加速する。また、各回転体１４が浮体１１のローリング運動の方向と同じ側にあるときには、遠心力が各回転体１４および枠体２１等をローリング運動の方向に回転させようとし、この方向にはツーウェイクラッチ２３が枠体２１を開放しているため、発電機１７が作動して発電を行うことができる。
【００４１】
この各回転体１４の回転による発電過程で、各回転体１４および枠体２１は、停止と、少しずつ浮体１１のローリング運動の方向に回転していくこととを繰り返すことになる。しかし、ローリング運動の方向が逆になったときには、また元の位置に戻っていくため、軸材２２をほぼ水平位置に留めることができるとともに、支持軸２１ａを通るケーブル２５などがねじれることもない。
【００４２】
流水発電装置２０は、発電機１７によって得られた電力によってモーター１６を作動させ、各回転体１４の回転を加速させるが、遠心力が十分に大きくなれば、電力の一部を回収して、各回転体１４の回転を一定に保つことができる。回収した電力を外部への供給用の電力として使用することができる。各回転体１４が小型であっても、遠心力は角速度の二乗に比例するため、回転速度を上げることにより十分に大きな遠心力を発生させることができる。このように、流水発電装置２０は、発電機１７に大きなトルクを与えて、浮体１１のローリング運動が持つエネルギーを効率良く回収することができる。
【００４３】
図５乃至図７は、本発明の第３の実施の形態の流水発電装置を示している。
図５乃至図７に示すように、流水発電装置３０は、海流を利用して発電するよう構成されており、浮体１１とアンカー１２と受水板１３と外枠３１と内枠３２と１対の回転体１４と１対のモーター１６と発電機１７とツーウェイクラッチ３３とコントローラ３４とを有している。
なお、以下の説明では、本発明の第１の実施の形態の流水発電装置１０と同一の構成には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【００４４】
図５（ｂ）および図７に示すように、外枠３１は、互いに平行に配置された２枚の矩形板３１ａと、各矩形板３１ａの対応する角同士を接続する４つの接続部材３１ｂから成っている。外枠３１は、各矩形板３１ａが浮体１１の中心軸に対して垂直を成すよう、浮体１１の内側に固定されている。図５乃至図７に示すように、内枠３２は、２枚の円盤３２ａと、各円盤３２ａの中心を貫通するよう設けられた軸材３２ｂとを有している。内枠３２は、外枠３１の各矩形板３１ａの間に、各円盤３２ａが各矩形板３１ａと平行を成すよう配置されている。内枠３２は、軸材３２ｂの一端３２ｃが一方の矩形板３１ａの中心を貫通し、軸材３２ｂの他端３２ｄが他方の矩形板３１ａの中心に位置するよう設けられている。内枠３２は、外枠３１に対して軸材３２ｂを中心として回転するようになっている。なお、内枠３２が枠体を成している。
【００４５】
各回転体１４は、円柱状を成し、一方の端部に、長さ方向に対して垂直を成して伸びる回転軸１４ａを有している。各回転体１４は、内枠３２の各円盤３２ａの間に、それぞれ軸材３２ｂに対して対称な位置に配置されている。各回転体１４は、各円盤３２ａの周縁部の、浮体１１のローリング運動の回転中心線から離れた位置に取り付けられている。各回転体１４は、回転軸１４ａが浮体１１の中心軸に対して平行を成すよう各円盤３２ａに架け渡されて、回転可能に取り付けられている。これにより、各回転体１４は、回転軸１４ａを中心として、各円盤３２ａに平行な面内で、浮体１１のローリング運動の方向に沿って回転するようになっている。各回転軸１４ａは、一端１４ｂが一方の円盤３２ａを貫通するよう設けられている。
【００４６】
図５（ｂ）および図７（ｂ）に示すように、各モーター１６は、各回転体１４の回転軸１４ａの一端１４ｂに、各回転軸１４ａをその中心軸周りに回転させるよう設けられている。各モーター１６は、一方の円盤３２ａの外側面に固定されている。図５乃至図７に示すように、発電機１７は、内枠３２の軸材３２ｂの一端３２ｃに、軸材３２ｂの回転により駆動して発電するよう設けられている。これにより、発電機１７は、内枠３２を介して各回転体１４の回転により駆動して発電を行うようになっている。発電機１７は、外枠３１の一方の矩形板３１ａの外側面に固定されている。発電機１７は、軸材３２ｂを通したケーブル３５によりモーター１６に接続されており、モーター１６に電力を供給可能になっている。
【００４７】
図５（ｂ）および図７（ｂ）に示すように、ツーウェイクラッチ３３は、内枠３２の軸材３２ｂの一端３２ｃに取り付けられ、浮体１１のローリング運動の方向を、コントローラ３４に内蔵された角速度センサーで感知して、内枠３２の回転方向を制御するよう構成されている。ツーウェイクラッチ３３は、内枠３２の回転を、浮体１１のローリング運動の方向には開放し、その逆方向には固定するようになっている。ツーウェイクラッチ３３は、外枠３１の一方の矩形板３１ａの内側面に固定されている。図５乃至図７に示すように、コントローラ３４は、ケーブル３５により、発電機１７およびツーウェイクラッチ３３に接続されている。コントローラ３４は、発電機１７により発電された電力の分配や、ツーウェイクラッチ３３の制御などを行うよう構成されている。
【００４８】
流水発電装置３０は、以下のようにして発電を行うことができる。まず、初期位置として、各回転体１４を内枠３２の軸材３２ｂに近い側に配置しておく。図５に示すように、浮体１１がローリング運動により左回転すると、ツーウェイクラッチ３３により内枠３２の右回転が固定されるため、内枠３２も左回転し、遠心力により各回転体１４が内枠３２の外側に向かって左回転する。このとき、各回転体１４の回転中心が、各回転体１４の回転による遠心力の方向とは逆の方向に移動（回転）するため、各回転体１４がそれに引っ張られ、励振現象により各回転体１４の回転が加速する。
【００４９】
図６に示すように、回転した各回転体１４が最外位置を超えて再び内枠３２の内側に向かって回転すると、各回転体１４の遠心力が内枠３２を左回転の方向に押す。このとき、ツーウェイクラッチ３３により内枠３２の左回転は開放されているため、内枠３２が外枠３１よりも速く左回転する。この内枠３２の回転により、発電機１７を駆動させて発電することができる。
【００５０】
各回転体１４が最内位置を超えると、各回転体１４の遠心力の方向が再び回転中心の移動方向と逆になるため、再度、励振加速することになる。これを繰り返すことにより、断続的に発電を行うことができる。なお、浮体１１のローリング運動が右回転に変わった場合には、ツーウェイクラッチ３３により内枠３２の左回転が固定され、同様にして発電を行うことができる。
【００５１】
このようにして得られた電力を、モーター１６による各回転体１４の回転の加速に使用すれば、エネルギー保存則により、各回転体１４の回転が次第に加速する。各回転体１４の回転が速くなれば、その遠心力も大きくなるため、浮体１１のローリング運動の減速および励振による各回転体１４の加速が大きくなる。このため、各回転体１４が内枠３２を押して回転させるときの力（トルク）も大きくなり、発電能力を高めることができる。各回転体１４の回転が十分に高速に達した後、電力を回収することにより、小型の回転体１４であっても、大きな出力を得ることができる。
【００５２】
なお、ローリング運動の方向が反転するのに伴って、ツーウェイクラッチ３３による内枠３２の回転可能方向も反転する。これにより、ローリング運動の周期に合わせて内枠３２は元の位置に戻るため、各ケーブル３５が捻れることはない。
【符号の説明】
【００５３】
１０、２０  流水発電装置
１１  浮体
１２  アンカー
１３  受水板
１４  回転体
１４ａ  回転軸
１５  変速機
１５ａ  軸材
１５ｂ  小径平歯車
１５ｃ  大径平歯車
１６  モーター
１７  発電機
２１  枠体
２１ａ、２１ｂ  支持軸
２２  軸材
２３、３３  ツーウェイクラッチ
２４、３４  コントローラ
２５、３５  ケーブル
３１  外枠
３１ａ  矩形板
３１ｂ  接続部材
３２  内枠（枠体）
３２ａ  円盤
３２ｂ  軸材
【図１】
2013068212.tif 000003
【図２】
2013068212.tif 000004
【図３】
2013068212.tif 000005
【図４】
2013068212.tif 000006
【図５】
2013068212.tif 000007
【図６】
2013068212.tif 000008
【図７】
2013068212.tif 000009
【図８】
2013068212.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成23年11月21日(2011.11.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮体と、
前記浮体を流水上に浮かべたとき前記浮体がローリング運動するよう、前記浮体の底部の後方に、平板状で、前記浮体の中心軸を中心として左右対称の形状を成し、下向き傾斜になるよう、または前記浮体の前後方向に垂直になるよう設けられた受水板と、
前記浮体に回転可能に設けられ、前記浮体のローリング運動により回転方向に付勢されるよう構成された回転体と、
前記回転体の回転により駆動して発電を行う発電機とを
有することを特徴とする流水発電装置。
【請求項２】
前記回転体は、前記浮体のローリング運動の回転中心線から離れた位置に、その回転中心線に対して平行を成すよう設けられた回転軸を有し、前記回転軸を中心として回転するよう設けられていることを特徴とする請求項１記載の流水発電装置。
【請求項３】
前記浮体を流水上に止めるアンカーを有し、
前記浮体は船から成り、
前記流水は海流または潮流の流水であることを
特徴とする請求項１または２記載の流水発電装置。
【請求項４】
前記発電機は前記浮体のローリング運動と前記回転体の回転とを同期させるよう、回転数を調整可能であることを特徴とする請求項１、２または３記載の流水発電装置。
【請求項５】
前記浮体に設けられ、前記浮体のローリング運動の回転中心線に対して平行な軸材を有し、前記軸材を中心として前記浮体のローリング運動により回転可能に構成された枠体と、
前記軸材に取り付けられ、前記枠体の回転を前記浮体のローリング運動の方向には開放し、その逆方向には固定するよう構成されたツーウェイクラッチとを有し、
前記回転体は、前記軸材を中心として回転する前記枠体の回転中心から離れた位置に設けられ、
前記発電機は、前記軸材に取り付けられ、前記枠体を介して前記回転体の回転により駆動して発電を行うよう構成されていることを
特徴とする請求項１、２または３記載の流水発電装置。
【請求項６】
浮体を流水上に浮かべたとき前記浮体がローリング運動するよう、前記浮体の底部の後方に、平板状で、前記浮体の中心軸を中心として左右対称の形状を成し、下向き傾斜になるよう、または前記浮体の前後方向に垂直になるよう設けられた受水板を有する前記浮体を流水上に浮かべてローリング運動させ、そのローリング運動により前記浮体に設けられた回転体を回転方向に付勢するよう、前記回転体を回転させ、前記回転体の回転により発電機を駆動して発電を行うことを特徴とする流水発電方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明に係る流水発電装置は、浮体と、前記浮体を流水上に浮かべたとき前記浮体がローリング運動するよう、前記浮体の底部の後方に、平板状で、前記浮体の中心軸を中心として左右対称の形状を成し、下向き傾斜になるよう、または前記浮体の前後方向に垂直になるよう設けられた受水板と、前記浮体に回転可能に設けられ、前記浮体のローリング運動により回転方向に付勢されるよう構成された回転体と、前記回転体の回転により駆動して発電を行う発電機とを有することを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
また、本発明に係る流水発電方法は、浮体を流水上に浮かべたとき前記浮体がローリング運動するよう、前記浮体の底部の後方に、平板状で、前記浮体の中心軸を中心として左右対称の形状を成し、下向き傾斜になるよう、または前記浮体の前後方向に垂直になるよう設けられた受水板を有する前記浮体を流水上に浮かべてローリング運動させ、そのローリング運動により前記浮体に設けられた回転体を回転方向に付勢するよう、前記回転体を回転させ、前記回転体の回転により発電機を駆動して発電を行うことを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明に係る流水発電装置および流水発電方法は、浮体の底部に設けられた受水板により、浮体を流水上に浮かべたとき、浮体をローリング運動させることができる。また、流水の流速がほぼ一定であれば、ローリング運動の周期をほぼ一定に保つことができる。受水板は、ルアーフィッシングで用いられるミノーのリップのように、流水で浮体をローリング運動させることができるものから成っていることが好ましい。受水板は、浮体の底部に、鉛直方向の中心軸を中心として回転させて任意の角度で固定可能に設けられていてもよい。また、受水板は、下向き傾斜の角度を調節できるよう、浮体の底部に、浮体の前後方向に垂直かつ鉛直方向に垂直な中心軸を中心として回転させて任意の角度で固定可能に設けられていてもよい。